Вичерпний посібник з формату дистрибуції Wheel та створення бінарних пакетів для Python, що забезпечує ефективну дистрибуцію програмного забезпечення.
Формат дистрибуції Wheel: Створення бінарних пакетів для Python
Екосистема Python значною мірою спирається на ефективне керування пакетами. Одним із наріжних каменів цієї екосистеми є формат дистрибуції Wheel, який часто ідентифікується розширенням .whl. Цей посібник детально розглядає тонкощі формату Wheel, його переваги та способи створення бінарних пакетів для Python, призначений для розробників у всьому світі, які прагнуть забезпечити плавний та надійний розподіл програмного забезпечення.
Що таке формат Wheel?
Формат Wheel – це формат попередньо зібраного пакету для Python. Він розроблений для полегшення встановлення порівняно з вихідними дистрибутивами (sdist). Він слугує заміною старішого формату egg, усуваючи кілька його недоліків. По суті, це ZIP-архів із певною структурою та метаданими, які дозволяють pip та іншим інструментам встановлення швидко встановлювати пакет без необхідності його компіляції з вихідного коду.
Ключові характеристики Wheel
- Незалежність від платформи (де це застосовно): Wheels можуть бути зібрані для конкретних платформ та архітектур (наприклад, Windows 64-розрядна, Linux x86_64) або бути незалежними від платформи (чистий Python). Це дозволяє створювати оптимізовані бінарні файли для різних операційних систем.
- Просте встановлення: Формат Wheel містить попередньо зібрані дистрибутиви, що мінімізує необхідність компіляції коду під час встановлення. Це значно прискорює процес встановлення, особливо для пакетів із C-розширеннями або іншими скомпільованими компонентами.
- Включення метаданих: Wheels містять усі необхідні метадані про пакет, включаючи залежності, інформацію про версію та точки входу. Ці метадані мають вирішальне значення для менеджерів пакетів, таких як
pip, для обробки залежностей та правильного встановлення пакета. - Атомарне встановлення:
pipвстановлює пакети з Wheels атомарно. Це означає, що встановлення або успішно завершується, або повністю відкочується, запобігаючи частково встановленим пакетам, які можуть призвести до невідповідностей. - Відтворюваність: Wheels покращують відтворюваність, надаючи послідовний артефакт збірки, який може бути встановлений у кількох середовищах без необхідності перекомпіляції (за умови відповідності цільової платформи).
Навіщо використовувати Wheels?
Вибір Wheels замість вихідних дистрибутивів пропонує численні переваги, оптимізуючи процес встановлення та розгортання пакетів. Ось розбивка ключових переваг:
Швидший час встановлення
Однією з найважливіших переваг Wheels є їхня швидкість. Надаючи попередньо зібрані дистрибутиви, Wheels усувають необхідність компіляції коду під час встановлення. Це особливо корисно для пакетів із скомпільованими розширеннями, написаними на C, C++ або інших мовах. Уявіть розгортання складної наукової бібліотеки; використання Wheel значно скорочує час налаштування на машинах кінцевих користувачів.
Приклад: Встановлення numpy з вихідного коду може зайняти кілька хвилин, особливо на старому обладнанні. Встановлення з Wheel зазвичай займає секунди.
Зменшення залежності від інструментів збірки
Встановлення пакетів з вихідного коду часто вимагає від користувачів наявності необхідних інструментів збірки (компіляторів, заголовків тощо) у їхній системі. Це може стати перешкодою, особливо для користувачів, які не знайомі з розробкою програмного забезпечення. Wheels усувають цю залежність, роблячи встановлення простішим і доступнішим.
Приклад: Дата-саєнтист у дослідницькій лабораторії може не мати необхідних компіляторів для збірки пакета з вихідного коду. Wheel дозволяє їм встановити пакет безпосередньо, не потребуючи налаштування свого середовища.
Покращена надійність
Надаючи попередньо зібрані бінарні файли, Wheels гарантують, що пакет встановлюється послідовно в різних середовищах. Це зменшує ризик помилок встановлення через відмінності в системних конфігураціях або версіях інструментів збірки. Ця узгодженість є надзвичайно важливою для додатків, які вимагають стабільної та передбачуваної поведінки.
Приклад: Веб-додаток, розгорнутий на кількох серверах, потребує послідовних версій пакетів. Використання Wheels гарантує встановлення однакових бінарних файлів на кожному сервері, мінімізуючи ризик проблем з розгортанням.
Посилена безпека
Wheels можуть бути підписані для перевірки їхньої автентичності та цілісності. Це допомагає запобігти зловмисникам від розповсюдження підроблених пакетів. Підписання пакетів забезпечує додатковий рівень безпеки, гарантуючи, що користувачі встановлюють довірене програмне забезпечення.
Приклад: Організації можуть впроваджувати політики, які вимагають підписання всіх пакетів перед їхнім розгортанням у виробничих середовищах. Це захищає від атак на ланцюжок поставок, коли шкідливий код вводиться в пакети.
Створення пакетів Wheel: Покроковий посібник
Створення пакетів Wheel – це простий процес, який включає використання пакетів setuptools та wheel. Ось детальний посібник:
1. Налаштування проєкту
Спочатку переконайтеся, що ваш проект правильно структурований. Як мінімум, вам знадобиться файл setup.py та вихідний код вашого пакета.
Приклад структури проєкту:
my_package/ ├── my_module/ │ ├── __init__.py │ └── my_function.py ├── setup.py └── README.md
2. Файл setup.py
Файл setup.py є серцем вашого проєкту. Він містить метадані про ваш пакет і визначає, як він повинен бути зібраний та встановлений. Ось приклад файлу setup.py:
from setuptools import setup, find_packages
setup(
name='my_package',
version='0.1.0',
description='A simple example package',
long_description=open('README.md').read(),
long_description_content_type='text/markdown',
url='https://github.com/your_username/my_package',
author='Your Name',
author_email='your.email@example.com',
license='MIT',
packages=find_packages(),
install_requires=['requests'],
classifiers=[
'Development Status :: 3 - Alpha',
'Intended Audience :: Developers',
'License :: OSI Approved :: MIT License',
'Programming Language :: Python :: 3',
'Programming Language :: Python :: 3.6',
'Programming Language :: Python :: 3.7',
'Programming Language :: Python :: 3.8',
'Programming Language :: Python :: 3.9',
],
)
Пояснення ключових полів:
name: Назва вашого пакета. Це назва, яку користувачі використовуватимуть для встановлення вашого пакета (наприклад,pip install my_package).version: Номер версії вашого пакета. Дотримуйтеся семантичного версіонування (SemVer) для послідовних практик версіонування (наприклад,0.1.0,1.0.0,2.5.1).description: Короткий опис вашого пакета.long_description: Детальний опис вашого пакета. Часто читається з файлуREADME.md.url: URL-адреса домашньої сторінки або репозиторію вашого пакета.author: Ім'я автора пакета.author_email: Адреса електронної пошти автора пакета.license: Ліцензія, під якою розповсюджується ваш пакет (наприклад, MIT, Apache 2.0, GPL).packages: Список пакетів для включення у ваш дистрибутив.find_packages()автоматично знаходить усі пакети у вашому проєкті.install_requires: Список залежностей, які потребує ваш пакет.pipавтоматично встановить ці залежності під час встановлення вашого пакета.classifiers: Метадані, які допомагають користувачам знайти ваш пакет на PyPI (Python Package Index). Ці класифікатори описують статус розробки, цільову аудиторію, ліцензію та підтримувані версії Python.
3. Встановлення wheel
Якщо у вас не встановлено пакет wheel, ви можете встановити його за допомогою pip:
pip install wheel
4. Збірка пакета Wheel
Перейдіть до кореневої директорії вашого проєкту (де знаходиться setup.py) та виконайте наступну команду:
python setup.py bdist_wheel
Ця команда створить директорію dist, що містить пакет Wheel (файл .whl) та вихідний дистрибутив (файл .tar.gz).
5. Пошук файлу Wheel
Згенерований файл Wheel буде розташований у директорії dist. Його назва буде відповідати формату package_name-version-pyXX-none-any.whl, де:
package_name: Назва вашого пакета.version: Номер версії вашого пакета.pyXX: Версія Python, з якою сумісний пакет (наприклад,py37для Python 3.7).none: Вказує, що пакет не є специфічним для платформи.any: Вказує, що пакет сумісний з будь-якою архітектурою.
Для специфічних для платформи Wheels теги none та any будуть замінені ідентифікаторами платформи та архітектури (наприклад, win_amd64 для Windows 64-розрядної).
6. Тестування пакета Wheel
Перед розповсюдженням вашого пакета Wheel надзвичайно важливо протестувати його, щоб переконатися, що він правильно встановлюється. Ви можете зробити це за допомогою pip:
pip install dist/my_package-0.1.0-py39-none-any.whl
Замініть dist/my_package-0.1.0-py39-none-any.whl на фактичний шлях до вашого файлу Wheel.
7. Розповсюдження вашого пакета Wheel
Після того, як ви зібрали та протестували свій пакет Wheel, ви можете розповсюджувати його через різні канали:
- PyPI (Python Package Index): Найпоширеніший спосіб розповсюдження пакетів Python. Ви можете завантажити свій пакет Wheel на PyPI за допомогою
twine. - Приватний індекс пакетів: Для внутрішнього використання в організації ви можете налаштувати приватний індекс пакетів за допомогою таких інструментів, як
devpiабо Artifactory. - Пряме розповсюдження: Ви також можете розповсюджувати свій пакет Wheel безпосередньо користувачам електронною поштою, через файловий обмін або іншими способами.
Обробка C-розширень та специфічних для платформи Wheels
Створення специфічних для платформи Wheels, особливо тих, що містять C-розширення, вимагає додаткових кроків. Ось огляд процесу:
1. Компіляція C-розширень
C-розширення повинні бути скомпільовані для кожної цільової платформи. Це, як правило, вимагає використання C-компілятора (наприклад, GCC, MSVC) та специфічних для платформи інструментів збірки.
Приклад: У Windows вам потрібно буде використовувати компілятор Microsoft Visual C++ для збірки C-розширень. У Linux зазвичай використовується GCC.
2. Використання cffi або Cython
Такі інструменти, як cffi та Cython, можуть спростити процес створення C-розширень. cffi дозволяє викликати C-код безпосередньо з Python, не пишучи C-код самостійно, тоді як Cython дозволяє писати C-подібний код, який компілюється в C-розширення.
3. Визначення специфічних для платформи залежностей
У вашому файлі setup.py ви можете визначити специфічні для платформи залежності за допомогою параметрів setup_requires та install_requires. Це дозволяє вказати різні залежності для різних платформ.
Приклад:
from setuptools import setup, Extension import platform if platform.system() == 'Windows': extra_compile_args = ['/O2', '/EHsc'] else: extra_compile_args = ['-O3'] setup( name='my_package', version='0.1.0', ext_modules=[ Extension( 'my_package.my_extension', ['my_package/my_extension.c'], extra_compile_args=extra_compile_args, ), ], )
4. Збірка специфічних для платформи Wheels
Щоб зібрати специфічні для платформи Wheels, вам потрібно буде використовувати відповідне середовище збірки для кожної цільової платформи. Це може вимагати використання віртуальних машин або технологій контейнеризації, таких як Docker.
Приклад: Щоб зібрати Wheel для Windows 64-розрядної системи, вам потрібно буде запустити процес збірки в системі Windows 64-розрядної системи з встановленим компілятором Microsoft Visual C++.
Найкращі практики створення пакетів Wheel
Дотримання найкращих практик гарантує, що ваші пакети Wheel будуть надійними, легкими для підтримки та зручними у використанні. Ось кілька ключових рекомендацій:
1. Використовуйте семантичне версіонування (SemVer)
Дотримуйтесь семантичного версіонування (SemVer) для послідовних практик версіонування. SemVer використовує трикомпонентний номер версії (MAJOR.MINOR.PATCH) для позначення типу змін у кожному випуску.
- MAJOR: Позначає несумісні зміни API.
- MINOR: Позначає нові функції, які є зворотно сумісними.
- PATCH: Позначає виправлення помилок, які є зворотно сумісними.
Приклад: Зміна параметрів функції таким чином, що порушує існуючий код, вимагатиме збільшення основної версії (наприклад, з 1.0.0 до 2.0.0). Додавання нової функції без зміни існуючих вимагатиме збільшення додаткової версії (наприклад, з 1.0.0 до 1.1.0). Виправлення помилки вимагатиме збільшення версії патча (наприклад, з 1.0.0 до 1.0.1).
2. Включіть файл README.md
Включіть файл README.md, який надає детальний опис вашого пакета, включаючи інструкції зі встановлення, приклади використання та рекомендації щодо внесків. Це допомагає користувачам зрозуміти, як використовувати ваш пакет, і заохочує внески.
3. Пишіть чітку та лаконічну документацію
Пишіть чітку та лаконічну документацію для вашого пакета, включаючи документацію API, посібники та приклади. Використовуйте такі інструменти, як Sphinx або Read the Docs, для генерації документації з коментарів до коду.
4. Використовуйте ліцензію
Виберіть ліцензію для свого пакета, яка чітко визначає умови, за яких його можна використовувати, модифікувати та розповсюджувати. Поширені ліцензії включають MIT, Apache 2.0 та GPL.
5. Ретельно тестуйте свій пакет
Ретельно тестуйте свій пакет за допомогою інструментів автоматичного тестування, таких як pytest або unittest. Пишіть модульні тести, інтеграційні тести та наскрізні тести, щоб переконатися, що ваш пакет працює правильно в різних сценаріях.
6. Використовуйте безперервну інтеграцію (CI)
Використовуйте інструменти безперервної інтеграції (CI), такі як GitHub Actions, GitLab CI або Jenkins, щоб автоматично збирати та тестувати ваш пакет щоразу, коли вносяться зміни до кодової бази. Це допомагає виявити помилки на ранніх стадіях і гарантує, що ваш пакет завжди знаходиться в робочому стані.
7. Підписуйте свої пакети
Підписуйте свої пакети для перевірки їхньої автентичності та цілісності. Це допомагає запобігти розповсюдженню зловмисниками підроблених пакетів. Використовуйте такі інструменти, як gpg або keyring, для підписання своїх пакетів.
Розширені техніки Wheel
Для більш складних сценаріїв використання розгляньте ці техніки:
1. Використання build
Пакет build надає сучасний і стандартизований спосіб створення пакетів Python. Він підтримує як Wheel, так і вихідні дистрибутиви та пропонує простіший інтерфейс, ніж setuptools.
pip install build python -m build
2. Редаговані інсталяції
Редаговані інсталяції дозволяють встановлювати пакет таким чином, що він посилається безпосередньо на вихідний код. Це корисно для розробки, оскільки зміни у вихідному коді негайно відображаються у встановленому пакеті без необхідності його перевстановлення.
pip install -e .
3. Налаштування процесу збірки
Ви можете налаштувати процес збірки, визначивши власні скрипти збірки або використовуючи системи збірки, такі як Meson або CMake. Це дозволяє обробляти більш складні сценарії збірки, такі як компіляція C-розширень зі специфічними прапорцями компілятора або лінкування з зовнішніми бібліотеками.
4. Використання auditwheel
Інструмент auditwheel використовується для аудиту та виправлення Linux Wheels, що містять спільні бібліотеки. Він гарантує, що Wheel містить усі необхідні залежності для роботи на широкому спектрі дистрибутивів Linux.
pip install auditwheel auditwheel repair dist/my_package-0.1.0-py39-linux_x86_64.whl
Висновок
Формат дистрибуції Wheel є важливим інструментом для розробників Python, які прагнуть ефективного, надійного та безпечного розповсюдження пакетів. Дотримуючись кроків, описаних у цьому посібнику, та впроваджуючи найкращі практики, ви можете створювати пакети Wheel, які оптимізують процес встановлення, зменшують залежність від інструментів збірки та покращують загальний досвід користувача. Незалежно від того, чи розповсюджуєте ви пакети спільноті з відкритим кодом, чи розгортаєте внутрішні додатки, розуміння та використання формату Wheel є цінною навичкою для будь-якого розробника Python. Оскільки Python продовжує розвиватися, впровадження сучасних практик пакування, таких як Wheel, гарантує, що ваші проекти залишаться доступними та легкими для підтримки для глобальної аудиторії.
Прийнявши ці практики, ви сприяєте більш надійній та доступній екосистемі Python у всьому світі.